Gruppo di Ricerca
BOCCHIOLA Daniele
CAMMALLERI Carmelo
CHIARELLI Davide Danilo
CORBARI Chiara
DE MICHELE Carlo
GALLI Nikolas
MANCINI Marco
RAVAZZANI Giovanni
RULLI Maria Cristina
SANFILIPPO Umberto
11
ricercatori
Scienze e Ingegneria dell’Acqua
Le attività di ricerca dei gruppi di Scienze e Ingegneria delle Acque (Sezione SIA) contribuiscono ampiamente alle aree di ricerca del Dipartimento “Sistemi naturali, ambiente e pianificazione del territorio” e “Strutture e infrastrutture”. Tutte le attività sono pienamente coerenti con il Piano Strategico Integrato del Politecnico di Milano (Polimi) e sono mirate ad accrescere l’impatto attraverso un’alta qualità della formazione e della ricerca (nazionale e internazionale), con particolare attenzione al trasferimento tecnologico e alla responsabilità sociale.
Il gruppo di ricerca di Scienza e Ingegneria delle Acque affonda le sue radici storiche nella Scuola di Idraulica installata da Francesco Brioschi, fondatore del Politecnico di Milano, e proseguita con Ettore Paladini, Gaudenzio Fantoli, Giulio De Marchi, i più rinomati ingegneri idraulici italiani. Da un lato la scuola di idraulica del Politecnico ha continuato la tradizione storica di Leonardo da Vinci, che tra l’altro ha prodotto a Milano il sistema dei Navigli, mentre dall’altro ha servito il Paese e il suo sviluppo agricolo, industriale e sociale. Le principali realizzazioni della scuola di idraulica del Politecnico hanno riguardato lo studio, la progettazione e la realizzazione di canali di irrigazione, difese fluviali, acquedotti e fognature, vie di navigazione interna e marittima, impianti idroelettrici, bonifiche e governo delle acque. Tali argomenti, ancora oggi largamente attuali, trovano nell’attuale Sezione SIA competenza e professionalità alla luce delle nuove esigenze della società.
Struttura della ricerca
Questa linea di ricerca contribuisce all’area di ricerca chiave del Dipartimento SISTEMI NATURALI, AMBIENTE E TERRITORIO: Rischio geologico e idro-geologico. Questo settore di ricerca sviluppa le attività previste dalla direttiva europea 2007/60, secondo un’esperienza storica nel campo dell’idrologia fisica e probabilistica, degli estremi idrologici e della protezione civile, nell’ottica di adattamento ai cambiamenti climatici.
Le attività condotte si concentrano sullo studio:
i) dei rischi derivanti da fenomeni di alluvione,
ii) dell’esposizione ai danni e la relativa vulnerabilità delle persone, delle infrastrutture urbane e dei sistemi di produzione,
iii) della gestione del rischio e la mitigazione attraverso la sinergia di strutture e non strutturali Interventi.
In particolare, vengono sviluppati i seguenti argomenti:
- analisi probabilistica uni/multivariata degli estremi idrologici per la progettazione di opere e impianti idraulici;
- aree di inondazione e valutazione dei danni: procedure di modellazione idraulico- idrologica ed uso di dati satellitari;
- monitoraggio sul campo, attraverso lo sviluppo di metodi per l’osservazione diretta del processo, comprese tecniche innovative per la misurazione e l’assimilazione dei dati di telerilevamento, satellitari, radar meteorologico, lidar e dati a terra;
- modelli per la valutazione dell’impatto della forzante climatica e antropogenica sul rischio idrogeologico a diverse scale spaziali;
- modelli per la previsione, lo sviluppo, la calibrazione e la validazione di algoritmi di simulazione in tempo reale per le procedure di previsione, allerta e allarme;
- modellazione matematica di alluvioni lampo, colate di detrito, fuoco, frane superficiali, detriti arborei;
- forzanti climatiche ed antropogeniche, effetti sul rischio residuo di dighe, strutture di contenimento fluviale, aree di laminazione delle inondazioni;
- lo sviluppo delle attività di gestione del rischio idraulico ai sensi della direttiva europea 2007/60;
- previsioni di inondazione in tempo reale con modelli meteorologici idraulici e assimilazione dei dati satellitari;
- gestione integrata del rischio basata sulla pianificazione territoriale e sulle norme di protezione civile; progettazione di sistemi di mitigazione strutturale e non strutturale, analisi dei costi-benefici.
Questa linea di ricerca contribuisce all’area di ricerca chiave del Dipartimento SISTEMI NATURALI, AMBIENTE E TERRITORIO: Gestione delle risorse naturali, Ingegneria Sanitaria e Ambientale. L’area di ricerca si occupa della modellazione e del monitoraggio dei flussi d’acqua nel sistema suolo-vegetazione-atmosfera, delle necessità irrigue, della sicurezza idrica e alimentare e del nexus acqua-energia-cibo.
Gli argomenti di questa area di ricerca includono:
- valutazione dell’umidità del suolo, dinamica, infiltrazione, evapotraspirazione e flussi di carbonio, misurazione e modellazione mediante stazioni micro meteorologiche e telerilevamento satellitare;
- valutazione del fabbisogno idrico irriguo livello agricolo a scala locale, distrettuale e di bacino, dei processi di strato limite atmosferico, dell’interazione tra acqua e terreno superficiale;
- analisi delle pratiche irrigue con modellazione numerica ed esperimenti sul campo, strategie di risparmio idrico;
- monitoraggio e previsione in tempo reale del fabbisogno idrico;
- uso ottimizzato di fertilizzanti ed energia rispetto alle pratiche irrigue tradizionali;
- valutazione dell’impronta idrica dei beni commerciali, del fabbisogno idrico nel ciclo di vita delle merci;
- flussi d’acqua virtuali, valutazione su scala locale e globale;
- acquisizione di terreni su larga scala e impatti sulla sicurezza idrica/alimentare;
- nexus acqua-energia, la produzione di energia idroelettrica da impianti fluviali/regolati in presenza di cambiamento climatico;
- valutazione delle rese colturali in risposta a variazioni del clima e resa dei pascoli utilizzando modelli, ed esperimenti sul campo, in presenza di cambiamento climatico .
Questa linea di ricerca contribuisce all’area di ricerca chiave del Dipartimento STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE: Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Il gruppo di ricerca si occupa delle dinamiche costiere e marittime e della progettazione di strutture, tra cui:
- la dinamica delle onde marine e la circolazione oceanica, per studiarne gli effetti sui fondali marini e sulle strutture marine;
- analisi statistica di campi d’onda estremi;
- valutazione dell’azione delle onde, sia su opere costiere (e.g. pontili, frangiflutti, ormeggi) sia su opere al largo, con focus sulla sicurezza e durata;
- previsione degli effetti dell’ attività antropica sulle dinamiche costiere e sul trasporto dei sedimenti;
- qualità dell’acqua per quanto riguarda la gestione dei porti, la protezione delle scogliere, la fruizione turistica delle spiagge;
- sfruttamento dell’energia delle onde marine attraverso opere fisse e flessibili (al largo e costiere).
Questa linea di ricerca contribuisce all’area di ricerca chiave del Dipartimento STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE: Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Questa area di ricerca sviluppa le attività connesse alla progettazione e alla gestione di strutture idrauliche singole
e composte per la fornitura di acqua, il drenaggio urbano e la gestione della risorsa. Le attività di ricerca trattate comprendono:
- progettazione e modellazione avanzata di strutture idrauliche urbane, sistemi di approvvigionamento idrico e di drenaggio urbano, gestione delle inondazioni urbane comprese le soluzioni strutturali, non strutturali e verdi (ad esempio tetti verdi, invasi di laminazione, etc.);
- progettazione di opere fluviali, dighe, impianti idroelettrici, opere fluviali, anche con metodi di ingegneria naturalistica;
- analisi di campo, modelli fisici a scala di laboratorio;
- gestione sostenibile delle acque urbane in ambito Smart Cities, modellazione dei carichi ed impatti di scarichi fognari sui fiumi, controllo in tempo reale dei sistemi di drenaggio urbano, pianificazione e gestione dell’approvvigionamento idrico urbano, modellazione della qualità dell’acqua;
- sicurezza e resilienza delle strutture idrauliche e del loro impatto ambientale su corpi idrici;
- esperimenti sul campo e simulazione di inquinanti, diffusione in corsi d’acqua artificiali e naturali.
Questa linea di ricerca contribuisce all’area di ricerca chiave del Dipartimento SISTEMI NATURALI, AMBIENTE E TERRITORIO: Gestione delle risorse naturali. Questa area di ricerca si occupa in generale della misurazione e modellazione della disponibilità di risorsa idrica,
per la pianificazione e la gestione ottimale nell’ambito degli scenari attuali e futuri, climatici, di popolazione e di utilizzo del suolo. Le linee di ricerca perseguite includono:
- analisi, valutazione e progettazione di strategie e processi di utilizzo dell’acqua ;
- valutazione della dinamica di reti naturali e artificiali, dei corpi idrici, delle acque sotterranee e superficiali, del trasporto di sedimenti;
- modellazione matematica, anche in un ambiente stocastico, per la gestione ordinaria e il supporto decisionale contro la scarsità idrica (magre e siccità);
- sviluppo sostenibile dei sistemi idrici, valutazione dell’impronta idrica e dei flussi transnazionali, del commercio di acqua virtuale, degli scenari di medio e lungo raggio per l’approvvigionamento idrico e della sicurezza idrica all’interno di diversi contesti geografici;
- ingegneria delle dighe e degli sbarramenti fluviali, per la previsione della sicurezza idrologica delle opere, delle aree ripariali e degli insediamenti a valle, l’identificazione di emergenze legate all’invecchiamento, la valutazione degli impatti economici, ecologici e sociali degli sbarramenti, sia a livello nazionale che internazionale;
- progettazione sostenibile delle infrastrutture idriche, con particolare attenzione al contesto ambientale, paesaggistico e funzionale, sia nei nuovi insediamenti, nelle grandi infrastrutture e nel paesaggio urbano, sia negli interventi di recupero funzionale e ripristino delle opere storiche come Navigli, fossati di irrigazione, terrazze e sorgenti carsiche;
- monitoraggio e modellazione delle dinamiche di neve e ghiacciai, del contributo idrologico della criosfera in aree continentali utilizzando dati terrestri e satellitari, valutazione dell’acqua equivalente nivale e glaciale per la gestione delle risorse idriche;
- modellazione delle risorse idriche nell’ambito degli scenari attuali e futuri in risposta al cambiamento climatico;
- valutazione e sviluppo di metodi statistici/sistemi di disaggregazione per la valutazione degli scenari climatici, anche da modelli di circolazione globale;
- valutazione alla scala del bacino dell’erosione del suolo mediante modellazione, strumenti di telerilevamento ed esperimenti sul campo.
